JPH11189749A - 金属部材間の接着接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼製家具や家庭電機製品などの組立に使用さ
れる金属薄板材の間を接着剤により接合する方法に関
し、帯油性の金属部材間の接着接合に適した単独の接着
剤により接着接合において、初期硬化までのセットタイ
ムを短くして、ハンドリング強度に達する時間を短縮
し、接着接合の際の硬化のための加熱による金属部材の
歪みや変形を阻止する。 【解決手段】 金属部材の接着接合方法は、２液型熱硬
化性アクリルモノマー系接着剤を２枚の帯油性金属薄板
材の接合部に塗着する工程と、該金属部材の接合部同士
を重ね合わせて、該接合部をプレスして金属部材の変形
温度未満の温度範囲で加温して接着剤を硬化させる工程
とを含んで、行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼製家具や家庭電
機製品などの組立に使用される金属部材、特に、金属薄
板材の間を接着剤により接合する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属薄板材同士を接合する方法には、古
くからスポット溶接法が利用されてきたが、溶接接合
は、溶接打痕が表面に現れて製品外観が悪くなり外装板
には使い難く、また、接合すべき金属板の厚みが異なる
場合や異種金属間で電気抵抗が異なる場合は、溶接条件
が厳しくなり、接合部に溶接不良が生じる惧れがあっ
た。

【０００３】金属部材間の接合には、溶接接合以外に
も、接着剤の発展に伴って、接着接合法が利用されてい
る。このような金属間の接着目的には、エポキシ系の接
着剤が利用されていた。接着接合は、貼合わせ部に隙間
がないので、防水性が高いこと、面接合による製品の剛
性が高くなること等の利点があるが、他方では、溶接接
合に匹敵するような高強度接着剤では、強度を発現する
には相当の時間がかかるので、接着作業時のハンドリン
グ強度が出るまでは部材を動かせないという問題があ
り、特に、自動組立ラインでは、極く短時間で接着を終
える必要があることから従来の接着剤では接着時間が確
保できないという欠点があった。

【０００４】そこで、接着直後の部材のハンドリングを
容易にし、可使時間を短縮するために、従来は、次のよ
うな対策がなされていた。 接着接合にスポット溶接を併用して、ハンドリング強
度を溶接強度でもたせるウェルドボンド法、 瞬間接着剤又はホットメルト接着剤などの接着後の早
期硬化する接着剤と、強度の大きいエポキシ系の接着剤
を併用した２種類の接着剤を使用する方法、 両面テープによる接着法、さらに、 熱硬化性接着剤による熱プレス、高周波加熱などで加
熱して硬化接合させる方法であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法には、
次のような問題があった。即ち、のウェルドボンド法
は、溶接打痕が表面に残るために製品の外観が悪くなる
ので、適用可能な部材が限られていた。の２種類の接
着剤を使用する方法は、初期強度の発現は高いが、塗布
と硬化の処理が複雑化する問題があった。

【０００６】の両面テープによる接着法では、一般に
板材表面は防錆油等の油が付着しているが、この付着油
により接着強度が低く、適用部位が限られていた。の
熱硬化性接着剤の方法は、例えば、一液型エポキシ接着
剤のように硬化のために金属板を含めて高温に、例えば
２２０℃程度に、加熱する必要があり、高温加熱により
金属板材自体に熱歪みを生じて変形するので、使用部位
が限られていた。例えば、広幅のパネルにその中央部に
補強材を張り渡して接着するような場合には、パネル
は、高温加熱により中央部で変形を生じて、製品の外観
不良、使用不能となることがあった。

【０００７】本発明は、上記従来の接着接合に伴う問題
に鑑み、第１に、帯油性の金属部材間の接着接合に適し
た単独の接着剤により強度の高い接着構造体を形成する
ことを目的にしている。本発明は、第２に、帯油性の金
属部材間の接着接合において、初期硬化までのセットタ
イムを短くして、ハンドリング強度に達する時間を短縮
することを目的としている。本発明は、第３に、接着接
合の際の硬化のための加熱による金属部材の歪みや変形
を阻止して、接着接合後の組立品に良好な外観を保持さ
せることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金属部材の接着
接合方法は、２液型熱硬化性アクリル系接着剤を利用し
て塗着して塗布面を合わせ、硬化の際には、その温度を
金属部材の熱変形温度未満の温度範囲で押圧し、これに
より強固に接着接合させるものである。

【０００９】２液型熱硬化性アクリル系接着剤は、アク
リルモノマーを主要成分としており接合面が油を帯びた
金属部材であっても、塗布された接着剤のモノマーが油
を溶解して、モノマー重合後には金属表面を強固に接着
するので接着強度を高くする。

【００１０】本発明においては、２液型熱硬化性アクリ
ル系接着剤は、加温されて接着速度を高めるが、本発明
においては、接着に際して、温度による金属部材の熱歪
みや熱変形を生じさせない温度で、ハンドリングに要す
る時間内にハンドリング強度に達成させ、強度と外観に
優れた接着組立品を得るのである。加熱温度としては、
４０〜１４０℃の温度範囲が、金属部材の変形防止とハ
ンドリング可能な強度に達する硬化時間の短縮に有効で
ある。

【００１１】より詳しくは、本発明の接着接合方法は、
２液型熱硬化性アクリル系接着剤を金属部材の接合部に
塗着する工程と、接合部同士を面接して後、プレスによ
り接合部を４０〜１４０℃の温度範囲で加温押圧して接
着剤の硬化を促進する工程と、プレスから分離させる工
程とを含んでいる。

【００１２】この接着接合方法により、上記の温度範囲
で、プレス押圧時間を１２０ｓ（秒）以下にして、プレ
ス分離直後でしかも高温にあっても接着部位の接着強度
をハンドリングに必要な程度に充分高めることができ、
しかも、最終強度を確保することができる。

【００１３】このような上記２液型熱硬化性アクリル系
接着剤には、少なくとも（メタ）アクリル酸エステルモ
ノマーと有機過酸化物とを含むＡ液と、少なくとも（メ
タ）アクリル酸エステルモノマーと還元剤とを含むＢ液
とから成るものが採用される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の金属部材の接着接合方法
は、金属部材間の接合を対象としており、特に、金属の
薄板同士の接合に好ましく使用されるもので、例えば、
金属薄板同士の一部又は全部重ね合わせて貼合わせ、薄
板同士の縁部接合による接続、薄板面への補強材・リブ
の接合等がある。また、接合される金属には、アルミニ
ウムとその合金、銅、普通鋼、ステンレス鋼などがあ
り、その形態は、板、シート、フォイル等（以下単に金
属薄板と称する）が好ましく利用される。

【００１５】先ず、接着剤を金属部材の接合部に塗着す
る工程では、２液型アクリル系接着剤のＡ液と、Ｂ液と
を、２枚の金属薄板の接合部位に塗着するが、Ａ液と、
Ｂ液とは、２枚の金属薄板の何れか一方にだけ塗着して
もよいし、また、２枚の金属薄板の各接合部位に別々に
塗着してもよい。２枚の金属薄板の接合部位を重ね合わ
せた際にＡ液とＢ液とが接触するような塗着形態が採用
される。

【００１６】塗着するには、２液型アクリル系接着剤の
Ａ液と、Ｂ液とは押出しノズル法やロール刷毛により回
転塗布するロールコーティング法や、スプレーノズルか
ら噴霧して塗布するスプレー方法も採用される。その
他、一般に接着剤に使用可能な塗布方法が利用できる。

【００１７】硬化促進させる工程では、接着剤を接合部
位に塗着したあと、二枚の金属薄板を接合部位で重ねて
押圧固定して、加温しながら接着剤を硬化させる。この
加熱押圧の方法には、プレス機を使用するのが好まし
く、プレスの金型を接合部位の両面側から押圧し、加熱
は、金型に設けたヒータにより、金型の接触により接合
部位が加温される。

【００１８】本発明においては、接合部位は、加熱によ
り、４０〜１４０℃の範囲の温度に保持して行うのが好
ましい。最高温度１４０℃は、１４０℃を越えると、接
合して金属薄板部材やその組立品に歪みや変形が生じる
危険があり、また、熱変形による部材歪み応力で接合部
が剥離する。特に上記温度は、６０〜１２０℃の範囲が
好ましい。この４０〜１４０℃の温度範囲の加熱保持に
より接合初期強度（金属素材やその用途により異なる
が、例えば、ＪＩＳに基づく剥離試験で２Ｎ／ｍｍ以上
とする）が発現するまでのセットタイムを１２０ｓ
（秒）以下、好ましくは８０ｓ以下、特に好ましくは４
０ｓ以下の短いものがよい。

【００１９】ここに使用される２液型熱硬化性アクリル
系接着剤には、Ａ液及びＢ液の両液の接触状態で、上記
の４０〜１４０℃の範囲で加温保持によりモノマーの重
合が起こり急速に硬化するように調製されているものが
使用され、上述のようにセットタイムの短く接合初期強
度が大きく、さらに最終強度の大きい接着剤が選ばれ
る。

【００２０】接着剤は、Ａ液とＢ液との両方に、接着剤
の反応硬化用基剤として、いずれも（メタ）アクリル酸
エステルのモノマーを含む。この明細書で「（メタ）ア
クリル酸エステル」の語は、アクリル酸エステルとメタ
クリル酸エステルとの両方又はいずれかを指すものとす
る。

【００２１】ここで、（メタ）アクリル酸エステルモノ
マーには、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリ
ル酸プロピル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエ
チル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル、
（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）ア
クリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸フェノキシエ
チル、（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリル等の
モノ（メタ）アクリレートの一種又は二種以上が採用さ
れる。

【００２２】また、上記の（メタ）アクリル酸エステル
モノマーの他に、ポリエステル（メタ）アクリレート、
ポリエーテル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）
アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、その他
の（メタ）アクリル変性重合体の一種又は二種以上が接
着剤中に添加されてもよい。

【００２３】Ａ液は、上記（メタ）アクリル酸エステル
の一種以上に有機過酸化物と弾性ポリマーを含有させる
が、Ａ液中の有機過酸化物は、ラジカルを発生して上記
（メタ）アクリル酸エステルをビニル重合させて硬化さ
せるもので、これには、ハイドロパーオキサイド、アル
キルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、ケトン
パーオキサイドなどから採用され、例えば、クメンハイ
ドロパーオキサイド、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイ
ド、パラメンタンハイドロパーオキサイド、メチルエチ
ルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサ
イド、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサ
イド等が好ましく使用される。

【００２４】これら有機過酸化物のＡ液中の配合量は、
上記の（メタ）アクリル酸エステルモノマー１００重量
部に対して０．１〜１０重量部が適当である。有機過酸
化物の配合量が０．１重量部未満であるときは、硬化反
応が充分でなくなるからである。他方、有機過酸化物が
１０重量部を超えると、Ａ液の貯蔵安定性が悪くなり、
貯蔵中の粘度の上昇をもたらして噴霧塗布が困難にな
る。

【００２５】Ｂ液は、上記（メタ）アクリル酸エステル
の一種以上に、還元剤と弾性ポリマーとを含有させて成
るものであるが、還元剤は、Ｂ液とＡ液とが接触混合さ
れたときに、上記有機過酸化物の分解を促進してラジカ
ルを急速に発生させて、（メタ）アクリル酸エステルの
重合反応を開始させるものである。この還元剤には、チ
オ尿素化合物、金属キレート化合物、金属石鹸類、３級
アミン、ポリアミン、メルカプタンなどが使用できる。

【００２６】Ｂ液中の還元剤の配合量は、上記の（メ
タ）アクリル酸エステルモノマー１００重量部に対して
０．０５〜１０重量部の範囲であり、０．０５重量部よ
り少ないと重合硬化速度が遅くなり、１０重量部より多
いと、接着強度が低下する。

【００２７】Ａ液とＢ液の片方、又は両方には、弾性ポ
リマーが含まれてもよいが、弾性ポリマーは、接着剤が
硬化した接着層に剥離強度と耐衝撃強度等の接着強度を
向上させ、さらに、チクソトロピー性を付与するもので
ある。弾性ポリマーには、ＮＢＲゴム、アクリロニトリ
ルゴム、ＡＢＳゴム、ＭＢＳゴムが使用できる。

【００２８】このような接着剤の例として、Ａ液及びＢ
液には共通して、メチルメタクリレート４０〜６０％及
び２−ヒドロキシエチルメタクリレート残部を含むメタ
クリレートモノマー１００重量部に対して、ＮＢＲ５〜
３０重量部を含み、Ａ液には、クメンハイドロオキサイ
ド１〜１０重量部を添加し、他方のＢ液にはベンゾイル
チオ尿素１〜５重量部を添加して成る系のものが使用で
きる。

【００２９】図２は、本発明の接着接合方法が適用可能
なパネル補強の例を示すが、図２（Ａ）には、金属基板
１０に、金属製のリブ１２をその縁部１１で接着した例
であり、図２（Ｂ）は、金属製の台形状のリブ１３、１
４をその両側の縁部１１で接着して強化した事例であ
る。

【００３０】本発明の金属部材の接着接合方法は、接合
後の外観の良好な組立品とすることができるので、金属
製の家具類、自動販売機や家庭電気製品等の外凾その
他、外装部材に使用するための金属製パネルの接着組立
に広く使用される。

【００３１】

【実施例】（実施例１ プレスバック試験）２枚の鋼板
の加温プレス接着試験において、高温でプレスした後の
除荷の際に鋼板の反発力に抗して接着しているか否かを
調べるために、プレスバック接着強度試験を行った。

【００３２】試験方法は、冷間圧延鋼板（２５×１００
×０．８ｍｍ）２枚に防錆油（パーカ興産（株）製造、
品名「ノックスラスト５３０」を塗布し、図１（Ａ）に
示すように、鋼板Ａには、長さ５０ｍｍにつき高さ２ｍ
ｍの割合に鋼板を折り曲げて鋼板中央部に折り曲げ変形
部１９が形成してある。折り曲げ変形をした鋼板Ａは、
図１（Ｂ）の如く、平坦な鋼板Ｂ上でプレス金型４Ａ、
４Ｂ間で押圧した時、鋼板Ａの折り曲げられた裏面が、
鋼板Ｂの平坦面に密着するがプレス解放時に約０．３Ｍ
Ｐａの剥離方向の荷重がかかる。従ってこの荷重に耐え
られない接着力では、試験板が剥離することになる。

【００３３】接着の際には、他方の鋼板Ｂの被着面に後
述の２液型アクリル系の接着剤２を塗布して、鋼板Ｂの
被着面と鋼板Ａの折り曲げ面を合わせて、図１（Ｂ）に
示すように、所定温度に加熱したプレス金型４Ａ、４Ｂ
の間に入れて押圧し、所定時間経過後にプレス金型４Ａ
を開けた。この金型４Ａを分離した時に鋼板Ａに現れる
プレスバックの有無を観察した。接着力が弱い場合に
は、図１（Ｃ）の如く、鋼板Ａの折り曲げ変形部１９
が、プレスバックにより鋼板Ｂの被着面より分離するの
で、プレスバックの開きが判別できる。プレスバック試
験は、接合すべき２つの板材間に歪みや反りがあってプ
レス接着直後に生じるプレスバックによる接合部開きを
防止できるか否かで接着剤を判定するものである。

【００３４】使用した接着剤の組成を表１に示す。接着
剤の塗布は、Ａ液とＢ液を一対の筒状容器に入れて容器
先端の個別のノズルから被着面に押し出す方法により行
った。Ａ液を下に塗布しその上にＢ液を塗布する方法
（非混合塗布）と、ノズル先端に取りつけたミキサーに
よりＡ液とＢ液とを混合して鋼板Ｂの被着面に塗着する
方法（混合塗布）と、を採用した。

【００３５】

【表１】

【００３６】プレスバック試験でプレスバックを生ぜず
に鋼板が密着していた試料については、室温まで放冷
し、次いで、ＪＩＳ Ｋ６８５４に準拠した剥離強度試
験の測定とその破面観察による剥離挙動を調査した。試
験結果を非混合塗布につき表２に、混合塗布につき表３
にそれぞれまとめた。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】表２及び表３を見ると、接着剤の非混合塗
布は、プレスバックが起こらない硬化領域が狭く、この
点から、混合塗布が優れていることが判る。

【００４０】（実施例２ 剥離強度試験）折り曲げ変形
をしないで平坦な薄板同士を使用した点を除き、実施例
１と同様の２枚の帯油性鋼板と接着剤を使用してプレス
接着接合を行ったあと、１ｈの放冷をして、常温（約２
５℃）で剥離強度を測定した。

【００４１】

【表４】

【００４２】この表４から、プレス加熱による接着で
は、２．５〜５．２Ｎ／２５ｍｍ程度の剥離強度が得ら
れ、実用強度が得られている。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、金属部材同士の接着接合にお
いて、２液型の熱硬化性アクリル系接着剤を接合部に塗
着し、重積した接合部を押圧しながら１４０℃以下で加
熱するので、単独の接着剤だけで、ハンドリング可能な
初期硬化に至るまでのセットタイムを短くすることがで
きる。

【００４４】さらに、接着剤の硬化促進の工程では、低
温での加熱で充分に硬化するので、接着接合の際の加熱
による金属部材の歪みや変形を阻止でき、接着接合後も
良好な外観を保持した組立品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るプレスバック試験の要領
を示す断面図で、（Ａ）は折り曲げ変形した試験用鋼板
の接着の際の配置を、（Ｂ）はプレス加熱の際のプレス
金型の配置を、（Ｃ）はプレス分離直後の試験用鋼板に
生じたプレスバック開きの状況を、それぞれ示す。

【図２】本発明の方法を適用して形成したパネルの例を
示す上面図（Ａ、Ｂ）。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ 接合用板材 ２ 接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久嶋 栄雄 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内 (72)発明者 杉前 寿雄 大阪府大阪市北区堂山町１番５号 高圧ガ ス工業株式会社内 (72)発明者 戸田 謙二 千葉県佐倉市石川620−１ 高圧ガス工業 株式会社東京研究所内 (72)発明者 福重 節雄 千葉県佐倉市石川620−１ 高圧ガス工業 株式会社東京研究所内 (72)発明者 岡野 誠司 千葉県佐倉市石川620−１ 高圧ガス工業 株式会社東京研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２液型熱硬化性アクリル系接着剤を複数
   の金属部材の接合部に塗着する工程と、該金属部材の接
   合部同士を重ね合わせて、該接合部をプレスして金属部
   材の変形温度未満の温度範囲で加温して接着剤を硬化さ
   せる工程とを含む金属部材の接着接合方法。
2. 【請求項２】 上記加温を４０〜１４０℃の温度範囲で
   行う請求項１記載の接着接合方法。
3. 【請求項３】 上記金属部材が帯油性である請求項１又
   は２記載の接着接合方法。
4. 【請求項４】 上記２液型熱硬化性アクリル系接着剤
   が、少なくとも（メタ）アクリル酸エステルモノマーと
   重合開始剤とを含むＡ液と、少なくとも（メタ）アクリ
   ル酸エステルモノマーと還元剤とを含むＢ液とから成る
   請求項１ないし３いずれか記載の接着接合方法。